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Vision 3D d'une métrologie d'avenir

29.01.2010
ESPI - Vision 3D d'une métrologie d'avenir

Une Journée Technique offre à ses auditeurs, déjà d'ordinaire, une vision globale de leur sujet de prédilection : à y parler de vision 3D, il y a donc presque pléonasme ! De la mesure d'une pièce mécanique à celle d'un site industriel complet, la métrologie 3D par vision ne lasse pas d'étonner par son côté pratique, même si l'instantanéité - ou presque - de la mesure est encore entravée par le temps de traitement de l'information nécessaire aux bureaux d'études pour exploiter l'ensemble des données ainsi acquises.

Complémentarité des interventions et une certaine franchise technique des intervenants : la recette mise en oeuvre par le Collège Français de Métrologie lors de la Journée Technique "La métrologie 3D par vision", le 17 novembre dernier, a donné aux connaisseurs l'occasion de partager leurs savoirs tout en permettant aux quelques profanes d'en mieux cerner les enjeux et problématiques.

Car si la vision 3D paraît facile au premier coup d'oeil, c'est un leurre : l'acquisition de données demande autant d'astuce que leur traitement informatique. D'autant que ce ne sont pas les systèmes de mesure qui manquent, encore faut-il s'y retrouver. Les techniques sont nombreuses, qui, pour être parfois déjà matures, n'en sont pas devenues obsolètes pour autant.

Christian Moreau et Pascal Wielgocki (MicroVu), ont ainsi brossé un petit historique des systèmes vantés par les brochures commerciales que l'on voit régulièrement passer. Ainsi, les systèmes optiques de mesure dimensionnelle ont commencé par les projecteurs de profil, évolué avec les machines manuelles, puis automatiques 2D, et enfin vers les machines 3D automatique.

Les machines "combo" sont apparues il y a une quinzaine d'année : mesures par palpage, optique et laser d'objets de moyenne taille (quelques cm3 à quelques m3). Et à présent, les machines multicapteurs ont le vent en poupe ! Toutes ont toujours leur intérêt aujourd'hui, tout dépend de ce que l'on veut mesurer et à quelle précision. En lasergrammétrie, par exemple.

Selon David Lhomme (ATM-3D) la gamme des capteurs disponibles comprend : - Les "courte portée" (0,2 à 1 m) à précision submillimétrique (2/10e à 1 mm) ; - Les "longue portée" (1 à 350 m) à précision subcentimétrique ; - Les « très longue portée » (600 à 2000 m) à précision centimétrique Les systèmes mobiles et lidar à précision décimétrique pour une portée de 50 à 5000 m ; - Les capteurs hybrides laser et photogrammétriques, toutes portées, d'une précision infra millimétrique à décimétrique Non seulement il s'agit de bien choisir l'appareil en fonction de ou des applications que l'on veut réaliser, mais "Le scan ne doit pas occulter les autres techniques : les combiner est souvent intéressant. L'avenir semble d'ailleurs être la corrélation d'images", explique-t-il. Difficultés rencontrées Au fil des commentaires et questionnements des auditeurs, les inquiétudes principales se font jour. On se prévient des erreurs engendrées par les filtres automatiques de traitement d'image, parfois mis en oeuvre par le logiciel sans demander avis à l'opérateur : "une belle image à l'oeil n'est pas synonyme de mesure précise", avertit Francis Soltani (Hexagon Metrology. En parlant de précision, les difficultés rencontrées par la mesure 3D sur la fibre de carbone sont soulevées et déplorées... sans véritable solution, en tout cas si l'on veut de la haute précision : "Le poudrage est intrinsèquement irrégulier, ce n'est donc pas l'idéal pour réaliser une mesure précise. Selon l'opérateur, l'épaisseur de poudre sera de 20 à 80µ ! Par contre, il donne une meilleure qualité de nuage de points", tranche Francis Soltani. Autre écueil faisant beaucoup râler les bureaux d'études rêvant d'un moyen de mesure "magique" : il n'existe pas pour le moment de possibilité de passage direct du nuage de points de mesure à la CAO. Sacrilège ! Les logiciels coûtent et osent ne pas encore savoir tout faire à la place de la cervelle humaine : les problèmes de maillage posés par de nombreuses pièces 3D-numérisées sont encore à résoudre par l'équipe technique ! Serait-ce le spectre d'une rébellion contre les techniques de commercialisation où l'on vous promet monts et merveilles de la technologie ? Les représentants de l'INSA de Lyon signalent cependant que les logiciels de traitement de nuages de points disponibles, s'ils n'ont pas tous les mêmes qualités, sont complémentaires. "Pour déterminer le "bon" programme de modélisation, c'est un vrai casse-tête", admet David Lhomme. "Pour un but donné, on trouve un logiciel qui marche. Mais si l'on traite des applications différentes, un seul et même logiciel peut ne plus être suffisant". La preuve, certaines équipes spécialisées en la matière peuvent jongler avec une vingtaine de logiciels différents ! Les limites du scanning laser ? La performance du matériel informatique, le scan de surfaces de couleur noire et la mesure des trous. Sa durée de vie, également : "l'évolution de ces appareils est très rapide, il faut tout changer tous les trois ans environ au rythme où vont les innovations !", explique-t-on chez Renault. Intercomparaison des moyens optiques Pour mettre un peu d'ordre dans toutes ces préoccupations, une étude a été lancée en 2007, dont quelques résultats ont été présentés par Stéphane Raynaud (Métrologie Grand-Sud (MGS)) : Inter comparaison de moyens optiques 3D. "En l'absence d'éléments de référence et de norme pour la qualification des moyens de mesure en dehors de VDI/VDE 2634 qui permet le contrôle de la précision du capteur, il est difficile pour l'utilisateur de choisir un dispositif, par manque d'information sur la qualité des résultats", explique-t-il. La participation active de 20 institutions et entreprises a permis une campagne d'essais sur une pièce de référence : une plaque en aluminium anodisé or de 370x500 mm², sur laquelle les éléments de mesure ont une superficie de 90x90 mm². Volume de numérisation, qualité de numérisation, vitesse, environnement, texture de l'élément à numériser, récupération des textures et des couleurs, dimension et portabilité, coût obtenus grâce à la triangulation laser, la lumière blanche et la photogrammétrie sont ainsi passés au crible. Un aperçu des résultats est présenté, qui confirment sans surprise particulière que les résultats d'un scan dépendent de la qualité d'acquisition, du type de logiciel et du filtre mis en automatique ou non dans le traitement des données, mais aussi de l'opérateur. En effet, ce dernier intervient énormément, lors du passage du nuage de point au fichier CAO, pour ce qui est de l'ajustement et de la bonne interprétation du nuage de points. Globalement, les résultats se montrent donc assez inégaux d'une équipe à l'autre pour presque tous les types de mesures effectués... compte-tenu du fait que la mesure est sensée être faite au µm. Sauf dans le cas des mesures de sphères (distance entre trois billes et diamètres des billes) : "on a affaire à des spécialistes !" se moque gentiment Stéphane Raynaud. Autrement dit, à des opérateurs rompus aux techniques d'étalonnage des appareils ! Mais quelque part, c'est déjà une bonne nouvelle, non ? Une Journée Technique offre à ses auditeurs, déjà d'ordinaire, une vision globale de leur sujet de prédilection : à y parler de vision 3D, il y a donc presque pléonasme ! De la mesure d'une pièce mécanique à celle d'un site industriel complet, la métrologie 3D par vision ne lasse pas d'étonner par son côté pratique, même si l'instantanéité - ou presque - de la mesure est encore entravée par le temps de traitement de l'information nécessaire aux bureaux d'études pour exploiter l'ensemble des données ainsi acquises.

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